DWDM技术原理及发展趋势.docVIP

OFweek光通讯网 中国光通讯行业门户DWDM技术原理及发展趋势一、DWDM技术的产生背景1、光网络复用技术的发展通信网络中，包括多种传输媒介，如双绞线、同轴线、光纤、无线传输。其中，光纤传输的特点是传输容量大、质量好、损耗小、保密性好、中继距离长等。随着信息时代宽带高速业务的不断发展，不但要求光传输系统向更大容量、更长距离发展，而且，要求其交互便捷。因此，在光传输系统中引入了复用技术。所谓复用技术是指利用光纤宽频带、大容量的特点，用一根光纤或光缆同时传输多路信号。在多路信号传输系统中，信号的复用方式对系统的性能和造价起着重要作用。光纤传输网的复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段的发展。SDM技术设计简单、实用，但必须按信号复用的路数配置所需要的光纤传输芯数，投资效益较差；TDM技术的应用很广泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM的传输技术，缺点是线路利用率较低；WDM技术在1根光纤上承载多个波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。在过去20年里，光纤通信的发展超乎了人们的想象，光通信网络也成为现代通信网的基础平台。光纤通信系统经历了几个发展阶段，从70年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统，以及近来风起云涌的DWDM系统，乃至将来的智能光网络技术，光纤通信系统自身正在快速地更新换代。波分复用技术从光纤通信出现伊始就出现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔实验室的厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM（13101550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为21.7Gbs。但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快，主要原因在于：（1）TDM（时分复用）技术的发展，155Mbs-622Mbs-2.5Gbs TDM技术相对简单。据统计，在2.5Gbs系统以下（含2.5Gbs系统），系统每升级一次，每比特的传输成本下降30左右。正由于此，在过去的系统升级中，人们首先想到并采用的是TDM技术。（2）波分复用器件还没有完全成熟，波分复用器解复用器和光放大器在90年代初才开始商用化。DWDM发展迅速的主要原因在于：（1）TDM10Gbs面临着电子元器件的挑战，利用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术的极限，TDM已没有太多的潜力可挖，并且传输设备的价格也很高。（2）已敷设G.652光纤1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gbs系统的传输，光纤色度色散和偏振模色散的影响日益加重。人们正越来越多地把兴趣从电复用转移到光复用，即从光域上用各种复用方式来改进传输效率，提高复用速率，而WDM技术是目前能够商用化最简单的光复用技术。（3）光电器件的迅速发展。1985年英国南安普顿大学首先研制出掺饵光纤放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一台商用光纤放大器（EDFA），EDFA的成熟和商用化，使WDM技术长距离传输成为可能。从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段。2、光通信发展的三个阶段传统的光纤传输技术，经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用（WDM）三个阶段，如图1所示。图1 光通信发展的三个阶段以下将简要介绍PDH、SDH到DWDM的发展过程，以及各种技术的接口规范。一、DWDM技术的产生背景1、光网络复用技术的发展通信网络中，包括多种传输媒介，如双绞线、同轴线、光纤、无线传输。其中，光纤传输的特点是传输容量大、质量好、损耗小、保密性好、中继距离长等。随着信息时代宽带高速业务的不断发展，不但要求光传输系统向更大容量、更长距离发展，而且，要求其交互便捷。因此，在光传输系统中引入了复用技术。所谓复用技术是指利用光纤宽频带、大容量的特点，用一根光纤或光缆同时传输多路信号。在多路信号传输系统中，信号的复用方式对系统的性能和造价起着重要作用。光纤传输网的复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段的发展。SDM技术设计简单、实用，但必须按信号复用的路数配置所需要的光纤传输芯数，投资效益较差；TDM技术的应用很广泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM的传输技术，缺点是线路利用率较低；WDM技术在1根光纤上承载多个波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。在过去20年里，光纤通信的发展超乎了人们的想象，光通信网络也成为现代通信网的基础平台。光纤通信系统经历了几个发展阶段，从70年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统，以及近来风起云涌的DWDM系统，乃至将来的智能光网络技术，光纤通信系统自身正在快速地更新换代。波分复用技术从光纤通信出现伊始就出现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔实验室的厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM（13101550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为21.7Gbs。但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快，主要原因在于：（1）TDM（时分复用）技术的发展，155Mbs-622Mbs-2.5Gbs TDM技术相对简单。据统计，在2.5Gbs系统以下（含2.5Gbs系统），系统每升级一次，每比特的传输成本下降30左右。正由于此，在过去的系统升级中，人们首先想到并采用的是TDM技术。（2）波分复用器件还没有完全成熟，波分复用器解复用器和光放大器在90年代初才开始商用化。DWDM发展迅速的主要原因在于：（1）TDM10Gbs面临着电子元器件的挑战，利用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术的极限，TDM已没有太多的潜力可挖，并且传输设备的价格也很高。（2）已敷设G.652光纤1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gbs系统的传输，光纤色度色散和偏振模色散的影响日益加重。人们正越来越多地把兴趣从电复用转移到光复用，即从光域上用各种复用方式来改进传输效率，提高复用速率，而WDM技术是目前能够商用化最简单的光复用技术。（3）光电器件的迅速发展。1985年英国南安普顿大学首先研制出掺饵光纤放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一台商用光纤放大器（EDFA），EDFA的成熟和商用化，使WDM技术长距离传输成为可能。从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段。2、光通信发展的三个阶段传统的光纤传输技术，经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用（WDM）三个阶段，如图1所示。图1 光通信发展的三个阶段以下将简要介绍PDH、SDH到DWDM的发展过程，以及各种技术的接口规范。3、DWDM在传输网中的定位DWDM是一种能在一根光纤上同时传送多个携带有信息（模拟或数字）的光载波，可以承载SDH业务、IP业务、ATM业务。只需通过增加波长（信道）实现系统扩容的光纤通信技术。它将几种不同波长的光信号组合（复用）起来传输，传输后将光纤中组合的光信号再分离开（解复用），送入不同的通信终端，即在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道，我们也可以称之为虚拟光纤。DWDM在系统中的位置如图2所示。图2 DWDM在系统中的位置二、WDM的相关定义WDM 波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）是指，在1根光纤上承载多个波长（信道）系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，每条虚拟纤独立工作在不同波长上。由于WDM系统技术的经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络最广泛使用的光波复用技术。WDM通常有3种复用方式，即1310nm和1550nm波长的波分复用、粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）。（1）1310 nm和1550 nm波长的波分复用这种复用技术在20世纪70年代初时仅用两个波长：1310nm窗口一个波长，1550nm窗口一个波长，利用WDM技术实现单纤双窗口传输，这是最初的波分复用的使用情况。（2）密集波分复用（DWDM）简单的说，DWDM技术是指相邻波长间隔较小的WDM技术，工作波长位于1550nm窗口。可以在一个光纤上承载8160个波长。主要应用于长距离传输系统。图3 DWDM系统示意图（3）粗波分复用（CWDM）CWDM技术是指相邻波长间隔较大的WDM技术，相邻信道的间距一般大于等于20nm，波长数目一般为4波或8波，最多18波。CWDM使用1200nm 1700nm窗口。CWDM采用非制冷激光器、无光放大器件，成本较DWDM低；缺点是容量小、传输距离短。因此，CWDM技术适用于短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合，如大楼内或大楼之间的网络通信。1、DWDM基本概念DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）密集波分复用技术是在波长1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益的波长范围内，选用密集的但相互又有一定波长间隔的多路光载波，这些光载波各自受不同数字信号的调制，复合在一根光纤上传输，提高了每根光纤的传输容量。这些光载波的波长间隔为0.42nm，如图4所示。图4 DWDM载波波长间隔DWDM设备通常由五部分组成，如图5所示。图5 DWDM系统组成2、DWDM的特点和优势（1）充分利用光纤的带宽资源，传输容量巨大DWDM系统中的各波长相互独立，可透明传输不同的业务，如SDH、GbE、ATM等信号，实现多种信号的混合传输。如图6所示，多个光信号通过采用不同的波长复用到一根光纤中传输，每个波长上承载不同信号，在一根光纤中传输，大大提高了光纤容量，极大的节约了光纤资源，降低线路建设成本。图6 DWDM传输容量巨大（2）超长的传输距离利用掺铒光纤放大器（EDFA）等多种超长距传输技术，可以对DWDM系统中的各通路信号同时放大，实现系统的长距传输。DWDM的超长距传输（3）平滑升级扩容由于DWDM系统中的每个波长通道透明传输数据，不对通道数据进行任何处理，因此，扩容时，只需增加复用光波长通路数即可，方便易行。3、DWDM的发展趋势3.1 更高的通道速率DWDM系统的通道速率由2.5Gbit/s发展到目前的10Gbit/s，基于40Gbit/s速率的系统已进入商用阶段。3.2 更多波长复用数量早期DWDM系统多用于8/16/32个波长，通道间隔为100GHz，工作波长位于C波段。随着技术的不断发展，DWDM系统的工作波长可覆盖C、L波段，间隔50GHz。如中兴通讯的ZXWM M900设备，最高可提供160波的复用。3.3 超长的全光传输距离通过提高全光传输的距离，减少电再生点的数量，可降低建网的初始成本和运营成本。传统的DWDM系统采用EDFA延长无电中继的传输距离，目前，通过分布式拉曼放大器、超强前向纠错技术（FEC）、色散管理技术、光均衡技术以及高效的调制格式等，可从目前的600km左右扩展到2000km以上。3.4 从点到点WDM走向全光网络普通的点到点DWDM系统，主要由光终端复用器（OTM）组成，尽管有巨大的传输容量，但只提供了原始的传输带宽，组网能力不灵活。随着电交叉系统的不断发展，节点容量的不断扩大，点到点组网显然无法跟上网络传输链路容量的增长速度。进一步扩容的希望转向光节点，即光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）。通过OADM可构成链型、环型光网络。OADM设备控制不同波长信道的光信号传至适当的位置，并可实现光层业务的保护和恢复。OXC是下一代光通迅的路由交换机。在全光网络中的主要功能包括：提供以波长为基础的连接功能，光通路的波长分插功能，对波长通路进行疏导以实现对光纤基础设施的最大利用率，实现在波长、波长组和光纤级上的保护和恢复。OXC设置于网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输入，再将各路信号以适当的波长输出。通过OADM和OXC可组建更为复杂的环型网络。在